Sirvió en la Armada Imperial Japonesa a finales de la Segunda Guerra Mundial, sin ver ninguna acción destacable antes de ser hundido.
Debido a la escasez de combustible y pilotos cualificados, el portaaviones no llegó a contar con un grupo aéreo propio, siendo empleado como transporte, desplazándose entre puertos japoneses.
En su primer y último viaje oceánico transportaba 30 aviones-cohete suicida Yokosuka MXY-7 desde Hiroshima a Manila, siendo escoltado por los destructores Shigure, Hinoki, y Momi.
Tras la inundación de las calderas y con una escora de 30 grados, se dio la orden de abandonar la nave, que rápidamente zozobró en la posición 29°59′N 124°03′E / 29.983, 124.050, pudiéndose rescatar tan sólo 146 supervivientes por el destructor Shigure, su capitán Kaname y casi toda su oficialidad,se hundieron deliberadamente con su nave.
El Unryū fue el último portaaviones japonés en ser hundido en mar abierto durante la Segunda Guerra Mundial.